TWI804589B - 電壓調節器 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種穩定地進行動作的適應偏壓型的電壓調節器。電壓調節器包括誤差放大器，所述誤差放大器具有：差動對，包含一對電晶體；電流調整電路，將與輸出電晶體輸出的輸出電流成比例的偏壓電流輸出至差動對；源型輸出電路及沉型輸出電路，將基於流向差動對的電流的電流輸出至誤差放大器的輸出端子；以及相位補償電路，基於電流調整電路的電流來控制沉型輸出電路的電流。

Description

電壓調節器
本發明關於一種電壓調節器（voltage regulator）。
從習知技術以來，已知有一種具備使誤差放大器的偏壓電流對應於輸出電晶體的輸出電流而變化的適應偏壓功能的電壓調節器。
圖6繪示現有的具備適應偏壓功能的電壓調節器的電路圖。
現有的電壓調節器60的誤差放大器600包括：做為差動對（differential pair）的電晶體612、做為差動對的電晶體613，電晶體614、電晶體615，做為偏壓電流源的電晶體611，感測輸出電流的電晶體620，以及構成電流調整電路的電晶體621、構成電流調整電路的電晶體622。
習知的電壓調節器60通過誤差放大器600利用電壓VDRV 控制輸出電晶體5的閘極，而輸出固定的輸出電壓VOUT ，所述電壓VDRV 是將基準電壓VREF 與利用電阻6、電阻7對輸出端子3的輸出電壓VOUT 進行分壓所得的反饋電壓VFB 的差放大而得的電壓。誤差放大器600包括經由輸出對應於輸出電流IOUT 的電流的電晶體620、及電流調整電路，使偏壓電流對應於輸出電流IOUT 而變化的機構。通過所述機構，在輸出電流IOUT 小的情況下，抑制流向誤差放大器600的電流來變成低消耗電流，並使與輸出電流IOUT 成比例的電流流向誤差放大器600，由此提高誤差放大器600的迴轉率（slew rate），實現高的負載暫態響應性（例如，參照專利文獻1）。
[現有技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開平3-158912號公報
但是，在專利文獻1的圖1所示的電壓調節器，存在電壓調節器的動作因電流調整電路而變得不穩定的情況。
輸出電晶體5的閘極的電壓VDRV 的變化做為經由輸出電晶體5、電阻6、電阻7的反饋電壓VFB 而被輸入誤差放大器600的電晶體613，再次由誤差放大器600的輸出電壓控制（稱為第一反饋回路（feedback loop））。另一方面，電壓VDRV 的變化通過包含電晶體620、電晶體621、電晶體622的電流調整電路而使誤差放大器600的偏壓電流變化，並通過從輸入端子2經由電晶體614而流入的源電流（source current）與經由電晶體612而朝基準端子4流出的沉電流（sink current），而被反饋至輸出電晶體5的閘極（稱為第二反饋回路）。
此處，考慮已利用誤差放大器600的輸出端子切斷反饋回路時的第二反饋回路的頻率特性。相對於電壓VDRV 的變化，流入誤差放大器600的輸出端子的源電流的變化由於電晶體614之閘極的極點頻率(pole frequency)因米勒效應（miller effect）而變成低頻率，因此產生延遲。另一方面，從誤差放大器600的輸出端子流出的沉電流的變化不受極點的影響，因此不產生延遲。因此，若為電晶體614的閘極的極點頻率以上，則相對於電壓VDRV 的變化，被反饋至誤差放大器600之輸出端子的訊號是沉電流貢獻部分占支配地位。
因此，若沉電流增加，則電壓VDRV 下降，電晶體620的電流增加，因此電晶體612的電流經由電流鏡電路而增加，進而沉電流增加。即，若為電晶體614的閘極的極點頻率以上，則第二反饋回路變成正反饋。
例如，若第一反饋回路的增益因輸出端子3產生的低頻率區域之極點的貢獻等而下降，則無法忽視第二反饋回路的正反饋訊號的貢獻。在此種情況下，電壓調節器存在穩定性急劇地惡化，產生相位裕度的惡化以及振盪等不良情況的可能性。這是包括適應偏壓機構的電壓調節器特有的現象。
[發明所要解決的問題] 本發明是鑒於所述課題而成者，其目的在於提供一種可實現低消耗電流與高負載暫態響應特性，並避免由電流調整電路所引起的不穩定性的電壓調節器。
[解決問題的技術手段] 根據本發明的一形態，電壓調節器包括誤差放大器，誤差放大器以基於輸出電壓的反饋電壓與基準電壓一致的方式控制輸出電晶體。所述誤差放大器包括：差動對，包含一對電晶體；電流調整電路，將與所述輸出電晶體輸出的輸出電流成比例的偏壓電流輸出至所述差動對；源型輸出（source-output）電路及沉型輸出（sink-output）電路，將電流輸出至所述誤差放大器的輸出端子，所述電流是基於流向所述差動對的電流而產生；以及相位補償電路，基於所述電流調整電路的電流來控制所述沉型輸出電路的電流。
在本發明的一形態的電壓調節器，其中，所述相位補償電路包括：電阻，一端子與所述第一端子連接；電容器，一端子與所述電阻的另一端子連接，另一端子與所述第二端子連接；以及電晶體，汲極與所述電阻的一端子連接，閘極與所述電阻的另一端子連接，源極與基準端子連接。
在本發明的一形態的電壓調節器，其中，所述相位補償電路包括：第一電晶體，源極與輸入端子連接，閘極與汲極連接；電容器，一端子與所述第一端子連接，另一端子與所述第一電晶體的閘極及汲極連接；以及第二電晶體，汲極與所述電容器的另一端子連接，閘極與所述第二端子連接，源極與基準端子連接。
[發明的效果] 根據本發明的電壓調節器，通過連接在電流調整電路與沉型輸出電路之間的相位補償電路，電流調整電路的反饋回路產生的正反饋訊號的貢獻下降、或被抵消，因此可獲得實現低消耗電流與高負載暫態響應特性且穩定的適應偏壓電壓調節器。
以下，參照圖式對本發明的實施方式進行說明。
圖1是繪示本發明的實施方式的電壓調節器10的電路圖。
電壓調節器10包括：基準電壓電路1，輸入端子2，輸出端子3，基準端子4，輸出電晶體5，形成反饋電路的電阻6、電阻7，以及誤差放大器100。
誤差放大器100包括：N通道金屬氧化物半導體（N-channel Metal Oxide Semiconductor，NMOS）電晶體101、NMOS電晶體102、NMOS電晶體103、NMOS電晶體108、NMOS電晶體109，P通道金屬氧化物半導體（P-channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS）電晶體104、PMOS電晶體105、PMOS電晶體106、PMOS電晶體107，電流調整電路120，以及相位補償電路130。電流調整電路120包括：PMOS電晶體121，以及NMOS電晶體122、NMOS電晶體123。相位補償電路130包括：電阻131、電容器132、以及NMOS電晶體133。此處，PMOS電晶體107是誤差放大器100的源型輸出電路，NMOS電晶體109是誤差放大器100的沉型輸出電路。
基準電壓電路1連接在施加有輸入電壓VIN 的輸入端子2與施加有基準電壓VSS 的基準端子4之間，將基準電壓VREF 輸出至NMOS電晶體102的閘極，並以NMOS電晶體101流出固定的第一偏壓電流I1 的方式進行控制。輸出電晶體5的源極與輸入端子2連接，閘極與誤差放大器100的輸出端子N1連接，汲極與輸出端子3及電阻6的一端子連接，並將輸出電壓VOUT輸出至輸出端子3。電阻7的一端子與電阻6的另一端子連接，另一端子與基準端子4連接。電阻6與電阻7的連接點，即接點N2與NMOS電晶體103的閘極連接，並供給反饋電壓VFB。
NMOS電晶體101的汲極與NMOS電晶體102、NMOS電晶體103的源極連接，源極與基準端子4連接。NMOS電晶體102的汲極與PMOS電晶體104的閘極及汲極連接。NMOS電晶體103的汲極與PMOS電晶體105的閘極及汲極連接。PMOS電晶體104的源極與輸入端子2連接，閘極與PMOS電晶體106的閘極連接。PMOS電晶體105的源極與輸入端子2連接，閘極與PMOS電晶體107的閘極連接。
PMOS電晶體106的源極與輸入端子2連接，汲極與NMOS電晶體108的閘極及汲極、以及相位補償電路130的第一端子N3連接。NMOS電晶體108的源極與基準端子4連接。PMOS電晶體107的源極與輸入端子2連接，汲極與NMOS電晶體109的汲極連接。NMOS電晶體109的閘極與電晶體108的閘極及汲極連接，源極與基準端子4連接。PMOS電晶體107的汲極與NMOS電晶體109的汲極的連接點是誤差放大器100的輸出端子N1。
NMOS電晶體133的汲極與電阻131的一端子及第一端子N3連接，閘極與電阻131的另一端子及電容器132的一端子連接，源極與基準端子4連接。電容器132的另一端子與相位補償電路130的第二端子N4連接。
PMOS電晶體121的源極與輸入端子2連接，閘極與輸出端子N1連接。NMOS電晶體122的汲極及閘極與PMOS電晶體121的汲極及相位補償電路130的第二端子N4連接，源極與基準端子4連接。NMOS電晶體123的汲極與NMOS電晶體102、NMOS電晶體103的源極連接，閘極與NMOS電晶體122的汲極及閘極連接，源極與基準端子4連接。
以下對上述結構的電壓調節器10的動作進行說明。
首先，說明電壓調節器10的基本的輸出動作。
在穩定狀態下，誤差放大器100以反饋電壓VFB 與基準電壓VREF 一致的方式對輸出電晶體5的閘極進行負反饋控制。輸出電晶體5輸出朝與輸出端子3連接的未圖示的負載供給電流的輸出電流IOUT 。輸出端子3的輸出電壓VOUT 以不論輸出電流IOUT 的大小，均通過誤差放大器100的負反饋控制而變成固定電壓的方式得到控制。
在誤差放大器100的內部，形成差動對的NMOS電晶體102、NMOS電晶體103因NMOS電晶體101流出的第一偏壓電流I1 而被偏置。形成差動對的一者的NMOS電晶體102的輸出電流通過包含PMOS電晶體104、PMOS電晶體106的電流鏡電路而流向相位補償電路130與NMOS電晶體108，再進一步經由NMOS電晶體109而轉換成沉電流後輸出至輸出端子N1。形成差動對的另一者的NMOS電晶體103的輸出電流通過包含PMOS電晶體105、PMOS電晶體107的電流鏡電路而轉換成源電流後輸出至輸出端子N1。PMOS電晶體121的閘極被施加輸出端子N1產生的電壓，並輸出與輸出電流IOUT成比例的感測電流（sense current）IS 。因此，包含NMOS電晶體122、NMOS電晶體123的電流鏡電路以使與感測電流IS 成比例的第二偏壓電流I2 流向包含NMOS電晶體102、NMOS電晶體103的差動對的方式進行動作。
通過所述結構，當輸出電流IOUT 小時，感測電流IS 及與感測電流IS 成比例的第二偏壓電流I2也變小，因此流向誤差放大器100的電流變小，電壓調節器10變成低消耗電流。另一方面，當輸出電流IOUT 大時，感測電流IS 與第二偏壓電流I2 也變大，即從輸入端子2流向輸出端子N1的源電流與從輸出端子N1流向基準端子4的沉電流均變大，因此誤差放大器100的迴轉率高，頻寬變寬，且可高速地驅動輸出電晶體5的閘極，因此電壓調節器10的負載暫態響應特性變佳。藉此，在電壓調節器10，通過包括適應偏壓機構而可使低消耗電流與高負載暫態響應特性並存。
接著，說明誤差放大器100的相位補償。
相位補償電路130抵消由通過電流調整電路120而流動的第二偏壓電流I2之變化所引起的沉型輸出電流之變化。即，相位補償電路130將使第二偏壓電流I2 的變化的相位反轉的訊號輸出至第一端子N3。
此處，在已利用輸出端子N1切斷反饋回路的情況下，將經由輸出電晶體5而朝輸出端子N1的反饋訊號的路徑設為第一反饋回路。另外，將經由電流調整電路120的PMOS電晶體121而朝輸出端子N1的反饋訊號的路徑設為第二反饋回路。另外，第一反饋回路與第二反饋回路的各傳播訊號在誤差放大器100內混合後傳導至輸出端子N1。
在第二反饋回路的開放時，相對於輸出端子N1的電壓上升的相位的輸入，PMOS電晶體121輸出的感測電流IS 減少，NMOS電晶體122、NMOS電晶體123的閘極電壓下降，第二偏壓電流I2 變小。此時，經由NMOS電晶體103、PMOS電晶體105，也做為源型輸出電路的PMOS電晶體107所輸出的源電流變小，輸出端子N1的電壓下降。如此，誤差放大器100的經由源型輸出電路的第二反饋回路變成負反饋。
另一方面，相對於輸出端子N1的電壓上升的相位的輸入，PMOS電晶體106的汲極電流經由NMOS電晶體122、NMOS電晶體123、NMOS電晶體102，PMOS電晶體104而變小，因此流向NMOS電晶體108的電流，即流向NMOS電晶體109的電流也變小，輸出端子N1的電壓上升。此處，在相位補償電路130的截止頻率以上的頻率，NMOS電晶體122的閘極電壓與NMOS電晶體133的閘極電壓經由電容器132而以同相位進行變化，因此NMOS電晶體133的閘極電壓也下降，NMOS電晶體133的汲極電流變小。因此，PMOS電晶體107的汲極電流的減少與NMOS電晶體133的汲極電流的減少抵消，NMOS電晶體109的閘極電壓的下降得到抑制、或者NMOS電晶體109的閘極電壓上升。其結果，也做為沉型輸出電路的NMOS電晶體109輸出的沉電流的減少小於源電流的減少、或者沉電流增加，因此輸出端子N1的電壓變成下降的方向，誤差放大器100的經由沉型輸出電路的第二反饋回路也變成負反饋。
此處，對輸出端子N1的電壓上升之相位的輸入進行了說明，但對於輸出端子N1的電壓下降的相位的輸入，也可以闡述相同的內容。
如以上所說明那樣，根據包括相位補償電路130的本實施方式的電壓調節器10，利用電流調整電路的第二反饋回路的正反饋訊號的貢獻下降、或被抵消。因此，即便在輸出端子3上連接電容值大的穩定化電容且第一反饋回路的增益下降，電壓調節器10也可以確保動作的穩定性。
在所述結構，理想的是將相位補償電路130變成有效的截止頻率fCC1 設為比第一反饋回路的源型輸出電路產生的極點頻率fp1 低的頻率。通過小訊號分析（small signal analysis）而近似地以下式（1）來給予截止頻率fCC1 。
Figure 02_image001
此處，R1 為電阻131的電阻值，C1 為電容器132的電容值，gm133 為NMOS電晶體133的跨導（transconductance），gm108 為NMOS電晶體108的跨導。
另外，在一般的設計，源型輸出電路的主極點因PMOS電晶體107的閘極·汲極間的米勒效應而變成PMOS電晶體107的閘極的極點。因此，截止頻率fCC1 只要設定成比PMOS電晶體107的閘極的極點頻率低的頻率即可。
圖2是繪示本實施方式的電壓調節器10的另一例的電路圖。另外，對與圖1所示的電壓調節器10相同的構成元件賦予相同的符號，且適當地省略重複的說明。
相較於圖1的誤差放大器100，圖2的誤差放大器200去除了NMOS電晶體108，與NMOS電晶體133共用。因此，NMOS電晶體109的閘極與PMOS電晶體106的汲極連接。在誤差放大器200，PMOS電晶體106輸出的電流僅流向相位補償電路130。在除此以外的方面，電壓調節器10的基本的輸出動作、及誤差放大器200的相位補償與圖1的電壓調節器10相同。
另外，通過小訊號分析而近似地以下式（2）來給予相位補償電路130變成有效的截止頻率fCC2 。
Figure 02_image003
與圖1的電壓調節器10同樣地，只要將fCC2 設定成比PMOS電晶體107的閘極的極點頻率低的頻率即可。
如此，根據圖2的電壓調節器10，除圖1所說明的效果以外，可去除NMOS電晶體108。
圖3是繪示本實施方式的電壓調節器10的另一例的電路圖。另外，對與圖1的電壓調節器10相同的構成元件賦予相同的符號，且適當地省略重複的說明。
相較於圖1的誤差放大器100，圖3的電壓調節器10的誤差放大器300將形成差動對的NMOS電晶體102、NMOS電晶體103的有源負載電路替換成形成電流鏡電路的PMOS電晶體304、PMOS電晶體305。另外，在形成誤差放大器300的源型輸出電路的PMOS電晶體107的閘極與汲極之間包括電阻310與電容器311。
包括如圖3那樣構成的誤差放大器300的電壓調節器10的基本的輸出動作、及相位補償與圖1的電壓調節器10相同。
因此，包括如圖3所示的誤差放大器300的電壓調節器10通過包括相位補償電路130，而可獲得與圖1的電壓調節器10相同的效果。
圖4是繪示本實施方式的電壓調節器10的另一例的電路圖。另外，對與圖1所示的電壓調節器10相同的構成元件賦予相同的符號，且適當地省略重複的說明。
圖4的電壓調節器10包括誤差放大器400。誤差放大器400包括：PMOS電晶體401、PMOS電晶體402、PMOS電晶體403、PMOS電晶體408、PMOS電晶體409，NMOS電晶體404、NMOS電晶體405、NMOS電晶體406、NMOS電晶體407，電流調整電路420，以及相位補償電路130。電流調整電路420包括：PMOS電晶體421、PMOS電晶體423，以及NMOS電晶體422。
PMOS電晶體401是流出固定的第一偏壓電流I1的電流源。PMOS電晶體402與PMOS電晶體403是誤差放大器400的輸入差動對。PMOS電晶體409是誤差放大器400的源型輸出電路，NMOS電晶體407是誤差放大器400的沉型輸出電路。即，相對於具有NMOS電晶體的差動輸入級的誤差放大器100，誤差放大器400是具有PMOS電晶體的差動輸入級的誤差放大器。
相位補償電路130的第一端子N3與PMOS電晶體403的汲極連接，第二端子N4與NMOS電晶體422的閘極及汲極連接。
圖4的電壓調節器10的基本的動作與圖1的電壓調節器10相同，因此省略說明。
說明誤差放大器400的相位補償。
此處，在已利用誤差放大器400的輸出端子N1切斷反饋回路的情況下，將經由輸出電晶體5而朝輸出端子N1的反饋訊號的路徑設為第一反饋回路。另外，將經由誤差放大器400內的電流調整電路420的PMOS電晶體423、及PMOS電晶體421而朝輸出端子N1的反饋訊號的路徑設為第二反饋回路。
在第二反饋回路的開放時，相對於輸出端子N1的電壓上升的相位的輸入，PMOS電晶體423輸出的第二偏壓電流I2變小。此時，PMOS電晶體409經由PMOS電晶體402、NMOS電晶體404、NMOS電晶體406、PMOS電晶體408而輸出的源電流變小，輸出端子N1的電壓下降。如此，誤差放大器400的經由源型輸出電路的第二反饋回路變成負反饋。
另一方面，相對於輸出端子N1的電壓上升的相位的輸入，PMOS電晶體403的汲極電流變小。另外，PMOS電晶體421輸出的感測電流IS也減少，NMOS電晶體422的閘極電壓下降。此時，在相位補償電路130的截止頻率以上的頻率，NMOS電晶體422的閘極電壓與NMOS電晶體133的閘極電壓經由電容器132而以同相位進行變化，因此NMOS電晶體133的閘極電壓也下降，NMOS電晶體133的汲極電流變小。因此，PMOS電晶體403的汲極電流的減少與NMOS電晶體133的汲極電流的減少抵消，NMOS電晶體407的閘極電壓的下降得到抑制、或者NMOS電晶體407的閘極電壓上升。其結果，NMOS電晶體407輸出的沉電流的減少小於源電流的減少、或者沉電流增加，因此輸出端子N1的電壓變成下降的方向。如此，誤差放大器400的經由沉型輸出電路的第二反饋回路也變成負反饋。
此處，對輸出端子N1的電壓上升的相位的輸入進行了說明，但對於輸出端子N1的電壓下降的相位的輸入，也可以闡述相同的內容。
在所述結構中，通過小訊號分析而近似地以下式（3）來給予相位補償電路130變成有效的截止頻率fCC3 。
Figure 02_image005
此處，R1 為電阻131的電阻值，C1 為電容器132的電容值，gm133 為NMOS電晶體133的跨導，gm405 為NMOS電晶體405的跨導。
另外，在一般的設計，源型輸出電路的主極點因PMOS電晶體409的閘極·汲極間的米勒效應而變成PMOS電晶體409的閘極的極點。因此，理想的是將fCC3 設定成比PMOS電晶體409的閘極的極點頻率低的頻率。
如以上所說明那樣，包括如圖4所示的誤差放大器400的電壓調節器10通過包括相位補償電路130，而可獲得與第一實施方式的電壓調節器10相同的效果。
圖5是繪示本實施方式的電壓調節器10的另一例的電路圖。另外，對與圖1所示的電壓調節器10相同的構成元件賦予相同的符號，且適當地省略重複的說明。
相位補償電路530包括：PMOS電晶體531、電容器532、以及NMOS電晶體533。
PMOS電晶體531的源極與輸入端子2連接，閘極及汲極與電容器532的一端子連接。電容器532的另一端子與相位補償電路530的第一端子N3連接。NMOS電晶體533的汲極與電容器532的一端子連接，閘極與相位補償電路530的第二端子N4連接，源極與基準端子4連接。
以下說明相位補償電路530的具體的動作。
若誤差放大電器100的輸出端子N1的電壓下降，且感測電流IS 增加，則電流調整電路120使第二偏壓電流I2增加，因此PMOS電晶體106的電流經由NMOS電晶體102與PMOS電晶體104而增加。
另一方面，若感測電流IS 增加，則NMOS電晶體122及NMOS電晶體533的閘極電壓變高，NMOS電晶體533的汲極電流增加。因此，因為NMOS電晶體533的汲極電壓下降，在電容器532的電流從第一端子N3流向NMOS電晶體533的汲極。
因此，電容器532的電流抵消PMOS電晶體106的電流的增加，因此NMOS電晶體109的閘極電壓的上升得到抑制、或者NMOS電晶體109的閘極電壓下降。其結果，NMOS電晶體109輸出的沉電流的增加比源電流的增加小、或者沉電流減少。即，誤差放大器的第二反饋回路變成負反饋。
如以上所說明那樣，相位補償電路530可獲得與相位補償電路130相同的效果。
以上，對本發明的實施方式進行了說明，但本發明並不限定於所述實施方式，當然可在不脫離本發明的主旨的範圍內進行各種變更或組合。
例如，為了調整增益，相位補償電路130也能夠以將電容器132與電阻串聯連接的方式構成。進而，相位補償電路130只要具有實施方式所說明的功能，則並不限定於所述結構。另外，例如也可以設為如下的結構：不將誤差放大器的流出第一偏壓電流的電晶體與流出第二偏壓電流的電晶體並聯連接，而設置流出使第一偏壓電流與第二偏壓電流相加所得之電流的電流鏡電路，並朝誤差放大器的差動對流出相加所得的偏壓電流。
1‧‧‧基準電壓電路 2‧‧‧輸入端子 3‧‧‧輸出端子 4‧‧‧基準端子 5‧‧‧輸出電晶體 6、7、131、310‧‧‧電阻 10、60‧‧‧電壓調節器 100、200、300、400、600‧‧‧誤差放大器 101、102、103、109、122、123、133、404、405、406、407、422、533‧‧‧NMOS電晶體 108‧‧‧NMOS電晶體 104、105、106、107、121、304、305、401、402、403、408、409、421、423、531‧‧‧PMOS電晶體 120、420‧‧‧電流調整電路 130、530‧‧‧相位補償電路 132、311、532‧‧‧電容器 611、612、613、614、615、620、621、622‧‧‧電晶體 I1‧‧‧第一偏壓電流 I2‧‧‧第二偏壓電流 IS‧‧‧感測電流 IOUT‧‧‧輸出電流 N1‧‧‧輸出端子 N2‧‧‧接點 N3‧‧‧第一端子 N4‧‧‧第二端子 VFB‧‧‧反饋電壓 VOUT‧‧‧輸出電壓 VREF‧‧‧基準電壓 VDRV‧‧‧電壓
圖1是繪示本發明的實施方式的電壓調節器的電路圖。 圖2是繪示本實施方式的電壓調節器的另一例的電路圖。 圖3是繪示本實施方式的電壓調節器的另一例的電路圖。 圖4是繪示本實施方式的電壓調節器的另一例的電路圖。 圖5是繪示相位補償電路的另一例的電路圖。 圖6是繪示現有的電壓調節器的電路圖。
1‧‧‧基準電壓電路
2‧‧‧輸入端子
3‧‧‧輸出端子
4‧‧‧基準端子
5‧‧‧輸出電晶體
6、7、131‧‧‧電阻
10‧‧‧電壓調節器
100‧‧‧誤差放大器
101、102、103、109、122、123、133‧‧‧NMOS電晶體
108‧‧‧NMOS電晶體
104、105、106、107、121‧‧‧PMOS電晶體
120‧‧‧電流調整電路
130‧‧‧相位補償電路
132‧‧‧電容器
I1‧‧‧第一偏壓電流
I2‧‧‧第二偏壓電流
IS‧‧‧感測電流
IOUT‧‧‧輸出電流
N1‧‧‧輸出端子
N2‧‧‧接點
N3‧‧‧第一端子
N4‧‧‧第二端子
VFB‧‧‧反饋電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF‧‧‧基準電壓

Claims (5)

  1. 一種電壓調節器，包括誤差放大器，所述誤差放大器以基於輸出電壓的反饋電壓與基準電壓一致的方式，控制輸出電晶體，其特徵在於，所述誤差放大器包括：輸出端子，耦接所述輸出電晶體的閘極；差動對，包含分別輸入所述反饋電壓與所述基準電壓的一對電晶體；電流調整電路，將與所述輸出電晶體輸出的輸出電流成比例的偏壓電流輸出至所述差動對；源型輸出電路及沉型輸出電路，將電流輸出至所述誤差放大器的輸出端子，所述電流是基於流向所述差動對的電流而產生，所述源型輸出電路及所述沉型輸出電路分別包括電晶體；以及相位補償電路，第一端子與所述沉型輸出電路的電晶體的閘極連接，其中所述沉型輸出電路的電晶體耦接所述源型輸出電路的電晶體，第二端子與所述電流調整電路連接，所述沉型輸出電路的電晶體以及所述源型輸出電路的電晶體，為將基於流向所述差動對的電流而產生的電流輸出至所述誤差放大器的輸出端子的電晶體，其中所述相位補償電路基於所述電流調整電路的電流來控制所述沉型輸出電路的電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其特徵在於，所述相位補償電路包括： 電阻，一端子與所述第一端子連接；電容器，一端子與所述電阻的另一端子連接，另一端子與所述第二端子連接；以及電晶體，汲極與所述電阻的一端子連接，閘極與所述電阻的另一端子連接，源極與基準端子連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電壓調節器，其中所述相位補償電路包括：第一電晶體，源極與輸入端子連接，閘極與汲極連接；電容器，一端子與所述第一端子連接，另一端子與所述第一電晶體的閘極及汲極連接；以及第二電晶體，汲極與所述電容器的另一端子連接，閘極與所述第二端子連接，源極與基準端子連接。
  4. 一種電壓調節器，包括誤差放大器，所述誤差放大器以基於輸出電壓的反饋電壓與基準電壓一致的方式，控制輸出電晶體，其特徵在於，所述誤差放大器包括：輸出端子，耦接所述輸出電晶體的閘極；差動對，包含分別輸入所述反饋電壓與所述基準電壓的一對電晶體；電流調整電路，將與所述輸出電晶體輸出的輸出電流成比例的偏壓電流輸出至所述差動對； 源型輸出電路及沉型輸出電路，將電流輸出至所述誤差放大器的輸出端子，所述電流是基於流向所述差動對的電流而產生；以及相位補償電路，第一端子與所述沉型輸出電路連接，第二端子與所述電流調整電路連接，其中所述相位補償電路包括：電阻，一端子與所述第一端子連接；電容器，一端子與所述電阻的另一端子連接，另一端子與所述第二端子連接；以及電晶體，汲極與所述電阻的一端子連接，閘極與所述電阻的另一端子連接，源極與基準端子連接，所述相位補償電路基於所述電流調整電路的電流來控制所述沉型輸出電路的電流。
  5. 一種電壓調節器，包括誤差放大器，所述誤差放大器以基於輸出電壓的反饋電壓與基準電壓一致的方式，控制輸出電晶體，其特徵在於，所述誤差放大器包括：輸出端子，耦接所述輸出電晶體的閘極；差動對，包含分別輸入所述反饋電壓與所述基準電壓的一對電晶體；電流調整電路，將與所述輸出電晶體輸出的輸出電流成比例的偏壓電流輸出至所述差動對； 源型輸出電路及沉型輸出電路，將電流輸出至所述誤差放大器的輸出端子，所述電流是基於流向所述差動對的電流而產生；以及相位補償電路，第一端子與所述沉型輸出電路連接，第二端子與所述電流調整電路連接，其中所述相位補償電路包括：第一電晶體，源極與輸入端子連接，閘極與汲極連接；電容器，一端子與所述第一端子連接，另一端子與所述第一電晶體的閘極及汲極連接；以及第二電晶體，汲極與所述電容器的另一端子連接，閘極與所述第二端子連接，源極與基準端子連接，所述相位補償電路基於所述電流調整電路的電流來控制所述沉型輸出電路的電流。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7199330B2 (ja) 2019-09-19 2023-01-05 株式会社東芝 レギュレータ回路
US11977402B2 (en) * 2021-11-29 2024-05-07 Texas Instruments Incorporated Transconductors with improved slew performance and low quiescent current
CN114281142B (zh) * 2021-12-23 2023-05-05 江苏稻源科技集团有限公司 一种高瞬态响应的无片外电容ldo
CN113970949B (zh) * 2021-12-27 2022-03-29 江苏长晶科技股份有限公司 一种快速响应的高速线性稳压器
TWI825698B (zh) * 2022-04-29 2023-12-11 瑞昱半導體股份有限公司 電壓調整器與訊號放大電路

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5545970A (en) * 1994-08-01 1996-08-13 Motorola, Inc. Voltage regulator circuit having adaptive loop gain
US5867015A (en) * 1996-12-19 1999-02-02 Texas Instruments Incorporated Low drop-out voltage regulator with PMOS pass element
JP2000075941A (ja) * 1998-08-31 2000-03-14 Hitachi Ltd 半導体装置
US20020130646A1 (en) * 2001-01-26 2002-09-19 Zadeh Ali Enayat Linear voltage regulator using adaptive biasing
US20060055383A1 (en) * 2004-09-14 2006-03-16 Dialog Semiconductor Gmbh Adaptive biasing concept for current mode voltage regulators
US20080169795A1 (en) * 2006-08-31 2008-07-17 Texas Instruments Incorporated Compensating nmos ldo regulator using auxiliary amplifier
US7728569B1 (en) * 2007-04-10 2010-06-01 Altera Corporation Voltage regulator circuitry with adaptive compensation
US8957659B2 (en) * 2012-03-08 2015-02-17 Seiko Instruments Inc. Voltage regulator
US20170017250A1 (en) * 2015-07-15 2017-01-19 Qualcomm Incorporated Wide voltage range low drop-out regulators

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03158912A (ja) 1989-11-17 1991-07-08 Seiko Instr Inc ボルテージ・レギュレーター
US7368896B2 (en) * 2004-03-29 2008-05-06 Ricoh Company, Ltd. Voltage regulator with plural error amplifiers
US7323853B2 (en) * 2005-03-01 2008-01-29 02Micro International Ltd. Low drop-out voltage regulator with common-mode feedback
JP4527592B2 (ja) 2005-04-18 2010-08-18 株式会社リコー 定電圧電源回路
JP4937865B2 (ja) * 2007-09-11 2012-05-23 株式会社リコー 定電圧回路
US8872492B2 (en) * 2010-04-29 2014-10-28 Qualcomm Incorporated On-chip low voltage capacitor-less low dropout regulator with Q-control
CN101893908B (zh) * 2010-07-08 2012-07-04 西安启芯微电子有限公司 灌入/拉出电流快速响应线性电压调节器及调节方法
US8471539B2 (en) * 2010-12-23 2013-06-25 Winbond Electronics Corp. Low drop out voltage regulato
US8482266B2 (en) * 2011-01-25 2013-07-09 Freescale Semiconductor, Inc. Voltage regulation circuitry and related operating methods
JP5715587B2 (ja) * 2012-03-21 2015-05-07 株式会社東芝 レギュレータ
US9170590B2 (en) * 2012-10-31 2015-10-27 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for load adaptive LDO bias and compensation
JP5997620B2 (ja) * 2013-01-28 2016-09-28 株式会社東芝 レギュレータ
US9383618B2 (en) * 2014-02-05 2016-07-05 Intersil Americas LLC Semiconductor structures for enhanced transient response in low dropout (LDO) voltage regulators
US9477246B2 (en) * 2014-02-19 2016-10-25 Texas Instruments Incorporated Low dropout voltage regulator circuits
JP6316632B2 (ja) * 2014-03-25 2018-04-25 エイブリック株式会社 ボルテージレギュレータ
CN205375256U (zh) * 2015-12-29 2016-07-06 天津大学 适用于电源管理的q值调节的低输出电流ldo电路
US9904305B2 (en) * 2016-04-29 2018-02-27 Cavium, Inc. Voltage regulator with adaptive bias network

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5545970A (en) * 1994-08-01 1996-08-13 Motorola, Inc. Voltage regulator circuit having adaptive loop gain
US5867015A (en) * 1996-12-19 1999-02-02 Texas Instruments Incorporated Low drop-out voltage regulator with PMOS pass element
JP2000075941A (ja) * 1998-08-31 2000-03-14 Hitachi Ltd 半導体装置
US20020130646A1 (en) * 2001-01-26 2002-09-19 Zadeh Ali Enayat Linear voltage regulator using adaptive biasing
US20060055383A1 (en) * 2004-09-14 2006-03-16 Dialog Semiconductor Gmbh Adaptive biasing concept for current mode voltage regulators
US20080169795A1 (en) * 2006-08-31 2008-07-17 Texas Instruments Incorporated Compensating nmos ldo regulator using auxiliary amplifier
US7728569B1 (en) * 2007-04-10 2010-06-01 Altera Corporation Voltage regulator circuitry with adaptive compensation
US8957659B2 (en) * 2012-03-08 2015-02-17 Seiko Instruments Inc. Voltage regulator
US20170017250A1 (en) * 2015-07-15 2017-01-19 Qualcomm Incorporated Wide voltage range low drop-out regulators

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